A experiência starfish prime - uma detonação nuclear na alta atmosfera, Notas de estudo de Física

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ÂNGELO ANTÔNIO LEITHOLD

A OPERAÇÃO STARFISH PRIME

CURITIBA

JANEIRO DE 1998

REVISADO: MARÇO DE 2010.

©py5aal A operação Starfish-Prime fazia parte de uma operação chamada Operação Dominic foi um teste nuclear executado pelos Estados Unidos no dia 9 de julho de 1962, realizado pela Agência de Apoio Defesa Atômica (DASA) e a Comissão de Energia Atômica (AEC). Um foguete Thor transportou uma ogiva contendo uma bomba atômica de combate W49 (Fabricada em Los Alamos), cuja detonação ocorreu numa altitude de 400 km sobre as Ilhas Johnston no Oceano Pacífico. A bomba atômica tinha uma potência de 1,4 MTon (Equivalente à 1,4 milhões de toneladas de TNT). [1] ©py5aal O artigo "A 'Quick Look' at the Technical Results of Starfish Prime", descreve da seguinte forma: “Em Kwajalein, a 1450 milhas para o oeste, uma nuvem densa e nublada se estendeu por todo o horizonte oriental entre 5 ou 8 graus. No horário UTC de nove horas, um flash branco e muito brilhante queimou as nuvens intensamente que mudaram rapidamente sua forma para uma esfera verde que se expandiu irradiante e se estendeu no céu claro acima do tempo nublado. Da sua superfície foram expelidas grandes estruturas na forma de tentáculos brancos parecidos com dedos, uma formação semelhante a uma nuvem cirro-estrato subiu cerca de 40 graus sobre o horizonte. Esta expandiu com a forma de arcos extensos que dirigiram-se descendentes aos dedos e dissipou-se rapidamente. Em seguida surgiu uma formação como um cirro concêntrico com anéis que iam mudando de forma e tamanho. A explosão se propagou pela alta atmosfera com uma grande velocidade inicial, cujo avanço parou quando o anel externo estava acima de 50 graus aproximadamente. As gigantescas formas não desapareceram e persistiram, a duração do evento foi em torno de 45 segundos. ©py5aal A luz esverdeada em seguida se transformou em púrpura, começou a enfraquecer a partir ponto da explosão, um brilho vermelho muito intenso e luminoso começou a desenvolver no horizonte na direção de 50° N a NE e 50° SE simultaneamente, se expandindo de dentro e para cima, até dominar todo o céu oriental num semicírculo vermelho de 100° N para o S a partir do zênite. A “luz obliterou o brilho de algumas estrelas, também houve a formação de arco-íris brancos que persistiram por sete dias” ©py5aal “Após a explosão, ao remover os óculos de proteção, não se observou luz intensa, porém, cerca de um segundo após, um disco vermelho e difuso foi observado diretamente em cima e cobrindo o céu até aproximadamente 45° do zênite. A região vermelha era mais intensa nas porções orientais. Ao longo da linha norte-sul magnética criada pela explosão, se estendeu uma raia branco-amarela que cresceu ao norte próximo ao zênite. A largura da região listrada branca cresceu em alguns graus durante alguns segundos e 5 a 10 graus em 30 segundos aproximadamente. O crescimento da região era semelhante à aurora boreal e se estendeu para o norte. Apareceram novas linhas de radiação que se desenvolveram de oeste para leste. A aurora radioativa branca e amarela serpenteava e retorcia, retrocedendo acima do horizonte ao norte e crescendo em direção ao sul. As faixas branco e amarelas emitiram energia radioativa aproximadamente 10 graus se estendendo ao zênite durante 2 minutos para o sul.” ©py5aal “A região de disco vermelha tinha completado seu desaparecimento após dois minutos, e se propagou em direção ao oeste, e enfraquecendo rapidamente na direção oriental do disco. Após 400 segundos da ignição nuclear todos os fenômenos radioativos visíveis principais desapareceram, com exceção de um leve brilho avermelhado ao longo da linha norte-sul, e no horizonte, em direção ao norte. Nenhum som foi ouvido em Johnston Island que definitivamente poderia ser atribuído à detonação.”[2] ©py5aal Foram observados sinais eletromagnéticos muito fortes durante a explosão atômica, ocorreram perturbações do campo magnético da Terra significantes, as correntes de terra induzidas na superfície se fizeram sentir em todo o Planeta. O Pulso

feitos na região. Na medida em que era feita a avaliação global, foi observado que três satélites de órbita baixa foram destruídos pelo pulso eletromagnético. Em seguida, à medida que se coletavam dados, os cientistas observaram que um terço de todos os satélites de órbita baixa foram danificados. [6] A radiação remanescente danificou equipamentos eletrônicos de outros satélites que aos poucos pararam de funcionar. Fato inesperado foi que o primeiro satélite de comunicação comercial , o Telstar há 35. Km de distância foi literalmente “queimado” pela radiação, saindo fora do ar imediatamente após a explosão. A princípio, o governo dos Estados Unidos se recusou a indenizar os estragos que ocasionou alegando ser “causa fortuita”.[4] [7] ©py5aal Uma vez que o teste realizado pelas Forças Armadas dos Estados Unidos tinha finalidade militar [4], a coleta de dados foi desastrosa [1]. A necessidade de dados mais precisos dos cinturões de radiação de Van Allen, que continuaram após a explosão nuclear, levou Edward Teller desenvolver um instrumento de satélite projetado e construído por um estudante recém diplomado chamado James H. Trainor [9] do Departamento de Física na Universidade de New Hampshire [5]. O físico havia originalmente projetado o instrumento para estudar albedo de nêutrons dos raios cósmicos. O aparelho foi proposto para fazer a leitura para o governo norte-americano junto com todas suas especificações de barramento de dados e documentação completa. O cientista não foi informado porque seu equipamento estava sendo apropriado pelo governo, o laboratório foi intimado a remetê-lo imediatamente, e contra a vontade de seu inventor [1], [2], e, às pressas para a Califórnia onde os engenheiros militares iriam enxertá-lo em outro equipamento antes de ser lançado em órbita. Contudo, os cientistas militares, ao receber o instrumento, sequer conseguiram descobrir como funcionava. Assim, perceberam que precisariam estabelecer um melhor contato com o estudante recém-formado. Quando os dados do satélite voltaram para a Terra, depois de uma semana da detonação, Trainor foi convidado a uma reunião científica, onde os dados compilados pelo seu instrumento foram discutidos no Lawrence Livermore Laboratory. [1] ©py5aal Em 1963 o Diário de Pesquisa Geofísica informou que a experiência Starfish Prime tinha criado um cinto de elétrons de vários MeV em torno da Terra, Bill Hess informou em 1968 que alguns elétrons do experimento Starfish Prime permaneceram durante cinco anos. [8] Outros informaram que partículas radioativas do Starfish Prime estavam descendo há algum tempo para Terra e estariam se acumulando em organismos vivos terrestres como fungos e líquens. A bomba Starfish-Prime continha Cd-109, que se misturou nas massas de ar sazonais polares e tropicais. A EMP medida por Richard L. Wakefield de Los Alamos viajou por todo o Planeta e ao espaço interplanetário. O 1962 relatório de Wakefield foi obtido através de medidas do intervalo de tempo do sinal eletromagnético recebido dentro aviões C-130 a 753 milhas náuticas da explosão da bomba atômica, a 11 graus 16 Norte, 115 graus 7 Oeste, e a 24.750 pés de altitude. [11] AS EXPERIÊNCIAS E SEUS EFEITOS GENERALISADOS ©py5aal As únicas nações que detonaram bombas atômicas no Espaço são os Estados Unidos e a antiga União Soviética. O programa norte-americano começou em 1958, com 3.8 megatons. As ogivas de combate foram carregadas em foguetes Redstone. As explosões atômicas posteriores foram através de foguetes Thor , Lockheed , X-17, para as missões Argus de explosões na atmosfera terrestre. O propósito era determinar a

viabilidade de armas nucleares como uma defesa contra míssieis anti-balística, como também encontrar meios para destruir satélites e veículos em órbita tripulados e não tripulados no espaço. [3], [4] ©py5aal Foi levantada a hipótese que se tivessem sido efetuados os 5 testes previstos [1], todos os satélites em órbita da Terra teriam sido destruídos.Como foi percebido que armas nucleares criaram um pulso eletromagnético gigantesco, o potencial como uma arma de anti-satélite ficou aparente. Em agosto de 1958 na explosão nuclear Hardtack Teak, o EMP observado no Observatório de Apia na Samoa foi quatro vezes mais poderoso que qualquer criado por tempestades solares que atingiram a Terra, enquanto em julho de 1962 o Starfish Prime, danificou a eletrônica de praticamente todos equipamentos: rádios, centrais elétricas, centrais telefônicas, emissoras de televisão, etc, em Honolulu e na Nova Zelândia, a aproximadamente 800 milhas de distância, fundiu 300 sistemas de iluminação de rua em Oahu ( Havaí), provocou aproximadamente 100 danos em alarmes dos mais diversos, causou a interrupção de comunicações de microondas em estações repetidoras em Kauai, além de literalmente cortar o robusto sistema telefônico submarino das outras ilhas havaianas. [6], [10], [11] O raio de ação para a aniquilação total de satélites devidas várias radiações produzidas por tal arma nuclear no espaço, foi determinado para ser em torno de 80 km, a bomba explodida, destruiu o satélite de comunicações distante 35.000 km. Os problemas com armas nucleares levadas ao espaço, é o raio de ação muito grande associado com eventos nucleares, era quase impossível prevenir dano indiscriminado a outros satélites, incluindo os próprios satélites americanos. O Starfish Prime produziu um cinto de radiação artificial em espaço tão forte, que de imediato destruiu os satélites Ariel, Traac, e Trânsito 4B que simplesmente “morreram” ao passar pela região. Os satélites Cosmo V, Injun e o Telstar (geoestacionário), distante 35.000 km da Terra, sofreram degradação secundária, “morrendo aos poucos”. A taxa da dose de radiação foi pelo menos 60 rads/dia, durante pelo menos quatro meses. [10] ©py5aal Em geral, os efeitos nucleares no espaço têm uma influência qualitativa diferenciada do que na superfície da Terra. Uma explosão nuclear atmosférica tem uma característica de cogumelo, em alta-altitude as explosões espaciais tendem a manifestar uma nuvem esférica, outras explosões no espaço anteriores até torceram o campo magnético de terra, e as partículas carregadas que são o resultado da explosão podem cruzar hemisférios para criar uma exibição de aurora que levou à caracterização destas detonações como “as bombas de arco-íris”. Os efeitos visuais de uma explosão no espaço podem durar muito mais tempo que os testes atmosféricos, às vezes mais de 30 dias. O Bluegill foi uma bomba atômica que explodiu a uma altitude de 60 km aproximadamente, foi sentido no solo e causou queimaduras na retina de duas pessoas. ©py5aal Os soviéticos detonaram quatro bombas atômicas de alta-altitude, um em 1961 e três em 1962. Durante a Crise de Mísseis cubana em 1962 [7], os EUA e a URSS detonaram várias explosões nucleares. Os testes soviéticos foram para demonstrar as defesas de mísseis anti-balísticos que protegeriam suas cidades principais. Os piores efeitos de um teste russo foram muito parecidos com a explosão nuclear Starfish Prime. A explosão nuclear russa aconteceu no dia 22 de outubro 1962 (durante a crise mísseis cubana), na “Operação K” quando uma bomba atômica de 300 KT detonou perto de Dzhezkazgan a 290 km altitude. O EMP fundiu 570 km de linha telefônica com uma corrente medida de 2.500 A, e destruiu 1.000 km de cabos de energia de potência enterrados entre Aqmola e Almaty. Os danos que ambos causavam a si mesmos (EUA e URSS) e ao ambiente foram tão grandes, que o Tratado de Proibição de Teste Parcial Atmosférico e Exoatmosférico foi firmado no ano seguinte, depois de terminadas as explosões nucleares na alta atmosfera.